8位十进制数字频率计的设计 参考文献

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8位十进制数字频率计的设计 参考文献

8位十进制数字频率计的设计

摘 要

数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号是方波信号。数字频率计广泛应用于科研机构、学校、实验室、企业生产车间等场所。研究数字频率计的设计和开发，有助于频率计功能的不断完善、性价比的提高和实用性的加强。

本文介绍了一种自顶向下分层设计多功能数字频率计的设计方法。该频率计采用 Verilog 硬件描述语言编程，以 QuartusII为开发环境，极大地减少了硬件资源的占用。数字频率计模块划分的设计具有相对独立性，可以对模块单独进行设计、调试和修改，缩短了设计周期。所设计的Verilog语言通过仿真能够较好的测出所给频率并且满足数字频率计的自动清零和自动测试的功能要求，具有理论与实践意义。

关键词：Verilog ;数字频率计; EDA; QuartusII

第一章 EDA技术原理与概述

1.1可编程逻辑器件基本原理

FPGA [4-5]是一种高密度的可编程逻辑器件,自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来,FPGA的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达1000万门/片以上,系统性能可达300MHz。由于FPGA器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件。与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构，FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载

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编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。

FPGA器件优点：高密度、高速率、系列化、标准化、小型化、多功能、低功耗、低成本，设计灵活方便，可无限次反复编程，并可现场模拟调试验证。

1.2硬件描述语言

目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL,Verilog HDL和HDL都是用于逻辑设计的硬件描述语言，并且都已成为IEEE标准。VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言,语法较自由。 VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。Verilog HDL和VHDL作为描述硬件电路设计的语言，其共同的特点在于：能形式化地抽象表示电路的行为和结构、支持逻辑设计中层次与范围的描述、可借用高级语言的精巧结构来简化电路行为的描述、具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性、支持电路描述由高层到低层的综合转换、硬件描述与实现工艺无关。本设计是用的Verilog语言来实现数字频率计的设计的，本设计将重点介绍Verilog语言。

Verilog语言主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。Verilog的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体(可以是一个元件，一个电路模块或一个系统)分成外部(或称可是部分，及端口)和内部(或称不可视部分)，既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是Verilog系统设计的基本点。Verilog语言能够成为标准化的硬件描述语言并获得广泛应用，它自身必然具有很多其他硬件描述语言所不具备的优点。

Verilog程序组成部分由实体、构造体、配置、包集合、库5个部分组成。 各组成部分的作用是:

（1）实体:用于描述所设计的系统的外部接口信号。 （2）构造体:用于描述系统内部结构和行为。

（3）配置:用于从库中选取不同单元(器件)来组成系统设计的不同版本。 （4）包集合:存放各设计模块都能共享的数据类型,常数和子程序等。 （5）库:可由系统工程师生成或由ASIC芯片商提供，以便在设计中共享。 详细介绍QuartusII文本编辑输入法的使用方法： 1.编辑设计文件